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# CHAP.3 Basic Amplifier Circuits PowerPoint PPT Presentation

CHAP.3 Basic Amplifier Circuits. CHECKPOINT. 放大器的基本工作原理 用图解法分析共发射极放大器的静态工作点，及 最大不失真输出幅度。 用小信号等效电路分析 BJT 三种组态放大器和 FET 共源放大器，并进行比较。 用小信号等效电路分析等效电路分析多级放大器 的性能。 了解放大器的频率特性。. 放大器. 晶体管. 电压. 小信号. 低频. 阻容. § 3.1 Basic Concept. 放大器是放大电信号的装置，其基本任务是将微弱信号不失真地放大到所需的值， 即用较小的信号去控制较大的信号。.

CHAP.3 Basic Amplifier Circuits

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

### CHAP.3 Basic Amplifier Circuits

CHECKPOINT

• 放大器的基本工作原理

• 用图解法分析共发射极放大器的静态工作点，及

• 最大不失真输出幅度。

• 用小信号等效电路分析BJT三种组态放大器和FET

• 共源放大器，并进行比较。

• 用小信号等效电路分析等效电路分析多级放大器

• 的性能。

• 了解放大器的频率特性。

Io

Ii

RS

+

+

AMP

+

RL

Ui

Uo

US

-

-

-

Voltage Gain

Current Gain

Power Gain

### 一. Main Properties

1. Gain

Io

Ii

RS

+

+

AMP

+

Ri

RL

Ui

Uo

US

-

-

-

Ri

Source Voltage Gain

Io

Ii

RS

+

+

AMP

+

+

RL

Uo

Ui

US

-

-

-

-

RO

RO

Ro的计算方法与电路分析一致

Au

iB

Q

0

f

uBE

### 4. Distortions

Nonlinear

Distortions

Amplitude

Linear(Frequency)

Phase

iC

iB

ICQ

t

IBQ

C2

iC

t

+

+

C1

iB

uCE

+

Rc

+

uBE

uCEQ

uBE

Uo

-

-

RL

Rs

Rb

UCEQ

Ui

+

UBEQ

+

+

• UCC

t

-

UBB

Us

t

-

-

-

-

### 二. Basic Circuit—CE

+

+

Ui=0，晶体管各极电流、电压为直流

C2

+

C1

iC

+

+

Rc

+

iB

uCE

Uo

-

RL

Rs

Rb

uBE

Ui

+

+

+

• UCC

-

-

UBB

Us

-

-

-

-

+Ucc

Rc

C2

Rb

+

C1

+

RL

Rs

Uo

Ui

+

Us

-

-

-

• 晶体必须工作管在放大区

• 信号能输入

• 信号能输出

• 波形基本不失真

+Ucc

+Ucc

Rc

Rc

Rb

Rb

ICQ

ICQ

+

+

IBQ

IBQ

UCEQ

UCEQ

+

+

UBEQ

(1)

UBEQ

(2)

-

-

-

Re

IEQ

### 三. DC and AC Pass

1. DC Pass—Find Q-point

+Ucc

+Ucc

Rc

Rc

Rb1

ICQ

ICQ

+

+

IBQ

I1

(3)

(4)

UCEQ

UCEQ

+

+

UBEQ

UBEQ

-

-

Rb2

Re

Re

IEQ

IEQ

-UEE

+Ucc

Rc

Rb

ICQ

+

IBQ

UCEQ

+

UBEQ

-

-

• 最大ICQM为[Ucc-UCE(sat)]/RC， 放大器工作在放大

区。

Rb=240KΩ， Rc=3KΩ。求静态

### Example 1

Discussion

• 若基极接地或负电压，则偏置电流IBQ=0，管子截止，此时

UCEQ=UCC 。

• 若Rb=60KΩ，则IBQ=200uA，ICQ=8mA，UCEQ=-12V，这是不可能

的。此时放大器工作在饱和状态，UCEQ=UCE(sat)，ICQ=βIBQ

不再成立。

Rb=200KΩ， Re=4KΩ。求静态工

Rb

ICQ

+

IBQ

UCEQ

+

UBEQ

-

Re

IEQ

-Ucc

CONCLUSION

C2

iC

+

+

C1

iB

uCE

+

Rc

+

uBE

Uo

-

-

RL

Rs

Rb

Ui

+

+

+

• UCC

-

UBB

Us

-

-

-

-

Ic

+

+

Ib

Uce

+

+

Ube

Uo

-

-

RL

Rc

Rs

Rb

Ui

+

Us

-

-

-

Uo

Uo

Ui

Ui

Uo

Ui

Ui

(a)

(b)

Uo

Ui

+Ucc

+Ucc

DC Pass

+

Uo

+

AC Pass

Us

-

-

+

Uo

+

Us

-

-

—求静态点Q(直流通路)

—求Au Ri Ro(交流通路)

iC

C2

+

+

C1

iB

uCE

+

Rc

+

uBE

RL

Uo

-

-

Rs

Rb

Ui

+

+

+

• UCC

-

UBB

Us

-

-

-

-

## 一. Graphical Analysis

1. DC Analysis

Analysis Step

• 用估算法求出基极电流IBQ（假设为40μA）

• 根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。

iC

C2

+

C1

iB

uCE

Rc

+

RL

Uo

Rs

Rb

Ui

+

+

+

• UCC

-

UBB

Us

+

-

-

-

-

+

uBE

-

-

## 作直流负载线。

• 求静态工作点Q，并确定UCEQ、ICQ的值。直流负载线

• 与输出特性曲线上IB=40μA的交点就是静态工作点Q，

• 由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ 和UCEQ 。

Q

IcQ

UcEQ

Ucc/Rc

IB=40μA的输出特性曲线

Ucc

• 根据 在输出特性中画交流负载线

Ic

+

+

Ib

Uce

+

+

Ube

Uo

-

-

RL

Rc

Rs

Rb

Ui

+

Us

-

-

-

### 2. AC Analysis

Analysis Step

• 根据静态分析方法，求出静态工作点Q

• 画放大器交流通路

• 根据ui在输入特性上求uBE和iB

• 由输出特性曲线和交流负载线求iC和uBE

Ic

+

+

Ib

Uce

+

+

Ube

Uo

-

-

RL

Rc

Rs

Ucc/Rc

Q

Rb

Ui

+

Us

-

-

-

IcQ

UcEQ

Ucc

## 交流负载线

ic(mA)

ic(mA)

8

0

A

Q1

μ

60

Q

IBQ

6

0

A

μ

ICQ

Q

40

4

0

A

μ

20

Q2

20

A

μ

0

uBE(V)

uCE(V)

UCEQ

t

UBEQ

I

=0

B

0

t

t

iB(uA)

RC↓

Q1

Rb↓

Ucc/Rc

Q

Q4

Q3

IcQ

RC↑

Rb↑

Q2

UcEQ

Ucc

### Q-point and Nonlinear Distortions

UCES

—极限点Q1 —进入饱和状态

Rb↓— IBQ↑—Q点沿负载线上移

—极限点Q2—进入截止状态

Rb↑— IBQ↓—Q点沿负载线下移

RC↑—负载线斜率增小 —Q点沿IBQ=40uA曲线平移达Q3

RC↓—负载线斜率增大 —Q点沿IBQ=40uA曲线平移达Q4

ICQ

UCEQ

Saturation Distortions

ICQ

UCEQ

### Cutoff Distortions

Cutoff Distortions

### Summary

• 放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成。

• 由于C2的隔直作用，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量，且与输入电压ui反相。

• 放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小，交流负载线越陡，使Uom减小，电压放大倍数下降。

• 静态工作点Q设置得不合适，会产生非线性失真。即Q点选得偏高，易产生饱和失真；Q点选得偏低，易产生截止失真。

## 二. Small-Signal Equivalent Circuit Analysis

• 用估算法计算静态工作点Q，并求出rbe

Analysis Step

• 画出交流通路

• 晶体管用交流小信号等效电路代替

• 用电路分析法计算Au、Ri、Ro

Ic

+

+

Ib

Uce

+

+

Ube

Uo

-

-

RL

Rc

Rs

Rb

Ui

+

Us

-

-

-

Ic

Ib

c

b

+

rbe

Ube

+

-

Ib

Ic

e

e

Ui

+

c

b

Rs

rbe

-

Rb

Uo

RL

Rc

+

Us

e

e

-

-

Ib

Ic

Ro

Ri

+

c

+

b

Rs

rbe

Rb

Uo

RL

Rc

Ui

+

Us

e

e

-

-

-

RL'=RC//RL

CE AMP

## FEATURES

• 输出电压信号与输入电压信号反相

• 电压放大倍数大

• 输入电阻小

• 输出电阻大

β=50。

2.输入电阻Ri和输出电阻Ro；

3.输出端开路时的源电压增益Aus。

+Ucc

Rc

C2

Rb

+

C1

+

RL

Rs

Uo

Ui

+

Us

-

-

-

## Example 1

78

RE=2kΩRL=3kΩ。试估算静态工作点，并求电压增益、

3.求输入电阻和输出电阻

+Ucc

+Ucc

Rb1

Rb1

ICQ

C1

+

IBQ

+

C2

UCEQ

+

UBEQ

Rs

+

Ui

Rb2

Rb2

+

Re

Uo

RL

Re

Us

+Ucc

b

I

b

Rb1

U

i

C1

U

s

+

U

C2

o

Rs

+

Ui

Rb2

+

Uo

Re

RL

Us

rbe

b

e

Ii

Ib

Ie

+

+

Ic

Rs

Rb1

Re

+

Rb2

RL

c

1.Au

rbe

Rb

b

e

Ii

Ib

Ie

b

+

I

b

+

Ic

U

Rs

i

U

s

Rb1

Re

+

U

Rb2

RL

o

c

Ri

Ro

b

I

b

b

e

I

Ib

Rs

U

I1

Ic

+

Rb1

Re

Rb2

c

Ro

rbe

## CC AMP

FEATURES

• 输出电压信号与输入电压信号同相

• 电压放大倍数小于1，但约等于1

• 输入电阻大

• 输出电阻很小

+Ucc

Rb

C1

+

C2

Rs

+

Ui

+

Re

Uo

RL

Us

β=50。

2.电压增益Au；

3.输入电阻Ri；

4.输出电阻Ro。

3. Ri

4. Ro

+Ucc

Rb1

C1

+

C2

Rb

Rs

+

Ui

+

Re

Uo

RL

Rb2

Us

## Example 2

RL=3.6kΩ，RS=100Ω，UBE(on)=0.8V，

β=50。试求：

1.估算静态工作点；

2.电压增益Au；

3.输入电阻Ri；

4.输出电阻Ro。

rbe

b

e

Ii

Ib

Ie

b

+

I

b

+

Rb

Ic

U

Rs

i

U

s

Re

+

U

RL

o

Rb2

Rb1

c

Ri

Ro

+Ucc

+Ucc

Rc

C1

Rb1

Rc

C2

Rb1

ICQ

+

+

IBQ

Rs

UCEQ

+

Re

Uo

+

RL

UBEQ

Rb2

Cb

Us

Rb2

Re

b

I

b

U

i

U

s

U

o

Ro

Ri

Ii

Ie

e

c

+

Ic

+

Rs

Ib

Rc

rbe

RL

Re

+

b

## CB AMP

FEATURES

• 输出电压信号与输入电压信号同相

• 电压放大倍数大

• 输入电阻很小

• 输出电阻大

+UDD

Rd

ID

IDQ

+

+

UDSQ

Q

UGSQ

Rg

Rs

IDQ

UGS

UGSQ

0

## §3.5 FET Amplifier

FET种类较多，应用时注意极性。

Features

1. Self-bias Circuit

+UDD

Rd

Rg1

IDQ

+

UDSQ

+

UGSQ

Rg2

Rs

ID

UGS

Q

IDQ

UG

0

UGSQ

+UDD

Rd

C2

Rg1

+

C1

+

Uo

RL

Rg

Ui

Rg2

Rs

Cs

## 二. FET Amplifier

Common-Source Amplifier

1.静态分析

g

d

Ii

+

+

Id

+

Rg

Ugs

U

U

Rd

s

RL

o

i

Rg2

Rg1

Ri

Ro

2.动态分析

+UDD

Rg1

C1

C2

+

+

Rg

Ui

Uo

RL

Rg2

Rs

1.静态分析

s

g

Ii

+

+

Ugs

Id

+

Rg

U

U

Rs

RL

o

i

Rg2

Rg1

d

Ri

Ro

## §3.6 Multistage Amplifiers

1.Interstage Coupling Mode

## 2. Selection of Configuration

3. Selection of Quiescent Point

4. Common-Source Coupling

## Calculation

• 明确各级电路的组态，正确使用计算公式。

• 计算电压增益时，需把后级的输入电阻作为前级

的负载电阻。

• 多级放大器的输入电阻，一般地讲就是第一级的

输入电阻。若第一级是CC组态，则需考虑第二级

的输入电阻。

• 多级放大器的输出电阻，一般地讲就是末级的输

出电阻。若末级是CC组态，则需把前级的输出电

阻作为末级的信号源内阻。

+

U

CC

R

C

C

2

R

B1

+

C

1

+

+

V

+

R

u

R

L

o

s

u

R

+

+

i

B2

R

u

C

E

s

E